DE68915964T2

DE68915964T2 - Optische Mischer-Anordnung.

Info

Publication number: DE68915964T2
Application number: DE68915964T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Intellectual P Ohshima
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-03
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: DE68915964D1; EP0372807A3; EP0372807B1; US5056887A; EP0372807A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen optischer Signale. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine optische Mischeinrichtung zum Erfassen eines optischen Signals, das für einen optischen Empfänger geeignet ist, der in einem damit verbundenen optischen Kommunikationssystem verwendet wird.
In einer in einem optischen Kommunikationssystem verwendeten Empfangsvorrichtung kann ein Mehrfach-Polarisationssystem für die Kompensation von Polarisationsschwankungen eines optischen Signals wirksam sein. Auch ein abgeglichenes Empfangssystem verbessert die Empfindlichkeit des Empfängers. Daher verwendet eine optische Mischeinrichtung ein abgeglichenes Mehrfach-Polarisationssystem, das eine Kombination der beiden Systeme darstellt.
Fig.7 zeigt eine bekannte optische Mischeinrichtung. Ein Polarisationsstrahltrennmodul 71 schließt eine Polarisationsstrahltrenneinrichtung 711 ein, die ein über eine optische Faser von einer Informationsquelle (nicht gezeigt) ankommendes optisches Signal S in zwei optische Signale trennt. Ein getrenntes optisches Signal wird einem ersten optischen Richtkoppler 73a über eine optische Faser 72b zugeführt. Das andere getrennte optische Signal wird einem zweiten optischen Richtkoppler 73b über eine optische Faser 72c zugeführt. Ein örtlicher Schwingungsmodul 74 erzeugt ein örtliches optisches Schwingungssignal, das einem dritten optischen Richtkoppler 73c zugeführt wird. Der dritte optische Richtkoppler 73c teilt das örtliche optische Schwingungssignal in zwei optische Signale, die einer ersten und zweiten Einstelleinrichtung 75a und 75b zum Einstellen der Polarisationsebenen der optischen Signale zugeführt werden. Die örtlichen optischen Schwingungssignale mit ihren durch die Einstelleinrichtungen 75a und 75b eingestellten Polarisationsebenen werden über die optischen Fasern 72d und 72e dem ersten und zweiten optischen Richtkoppler 73a und 73b zugeführt.
Der erste optische Richtkoppler 73a mischt das optische Signal von der optischen Faser 72b und das örtliche optische Schwingungssignal von der optischen Faser 72d, um die gemischten Signale über die optischen Fasern 72f und 72g einer ersten optischen Detektoreinrichtung 76a zuzuführen. Der zweite optische Richtkoppler 73b mischt das optische Signal von der optischen Faser 72c und das örtliche optische Schwingungssignal von der optischen Faser 72e, um die gemischten Signale über die optischen Fasern 72h und 72i einer zweiten optischen Detektoreinrichtung 76b zuzuführen. Die erste und zweite optische Detektoreinrichtung 76a und 76b schließen zwei Detektoren ein, um die empfangenen optischen Signale in elektrische Signale umzuwandeln.
In der in Fig. 7 gezeigten Einrichtung sind die Polarisationsstrahltrenneinrichtung 71, der örtliche Schwingungsmodul 74 und die erste und zweite optische Detektoreinrichtung 76a und 76b über die optischen Fasern 72a bis 72i und die Einstelleinrichtungen 75a und 75b optisch verbunden. Die Abschlußeinstellungen der Einrichtung werden von den Einstelleinrichtungen 75a und 75b durchgeführt. Diese Abschlußeinstellung verkompliziert die Anwendung der Einrichtung.
Fig.8 zeigt einen bekannten abgeglichenen Mehrfach-Polarisationseinpfänger, der aus einer optischen Mischeinrichtung besteht. Der Empfänger schließt eine Polarisationsstrahltrenneinrichtung (PBS) 81, die die Linsen 811a bis 811j aufweist, und die Polarisationssstrahltrenneinrichtungen PBS1 bis PBS3 ein. Ein optisches Eingabesignal Ps, von dem angenommen wird, daß es zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten mit den Intensitäten aPs und (1-a)Ps besitzt, wird über eine optische Faser 82a und die Linse 811a PBS1 zugeführt, was zur Folge hat, daß die optischen Signale einen Parallelstrahl bilden.
Ein örtliches optisches Schwingungssignal PL, das zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten mit den eingestellten gleichen Intensitäten PL/2 aufweist, wird über eine polarisationserhaltende optische Faser 82b und die Linse 811b der Polarisationsstrahltrenneinrichtung PBS1 zugeführt. Die Polarisationsstrahltrenneinrichtung PBS1 verbindet die senkrecht zueinander polarisierten Komponenten der Signale Ps und PL, um gemischte optische Signale zu erzeugen. Jedes der gemischten optischen Signale, das zwei senkrecht zueinander polarisierte optische Signale aufweist, ist durch jede der Linsen 811c und 811d auf jede der polarisationserhaltenden optischen Fasern 82c und 82d fokussiert. Jede der polarisationserhaltenden optischen Fasern 82c und 82d ist zwischen den entgegengesetzten Enden um 45º verdreht. Somit hat jedes der von den Linsen 811e und 811f ausgehenden optischen Ausgabesignale eine in Bezug auf die Polarisationsebene der optischen Eingabesignale der optischen Fasern 82c und 82d um 45º gedrehte Polarisationsebene. Die optischen Ausgabesignale von den Linsen 811e und 811f werden den Polarisationsstrahltrenneinrichtungen PBS2 und PBS3 zugeleitet.
Die Polarisationsstrahltrenneinrichtung PBS2 empfängt ein gemischtes optisches Signal, das aus den Signalkomponenten Ps und Pl besteht, die sich in senkrecht zueinander liegenden Polarisationsebenen befinden und teilt das gemischte Signal in zwei optische Signale in zwei senkrecht zueinander liegenden Polarisationsebenen, wobei jede Komponenten der Signale Ps und PL aufweist. Die Polarisationsstrahltrenneinrichtung PBS3 empfängt ein gemischtes optisches Signal, das aus den Komponenten der Signale Ps und PL besteht, die sich in senkrecht zueinander liegenden Polarisationsebenen befinden und sie teilt das gemischte Signal in zwei optische Signale in zwei senkrecht zueinander liegenden Polarisationsebenen, wobei jedes der optischen Signale Komponenten der Signale Ps und PL aufweist. Die optischen Signale von den Polarisationsstrahltrenneinrichtungen PBS2 und PBS3 werden über die Linsen 811g bis 811j den optischen Fasern 82e bis 82h zugeführt. Während das Mischen der optischen Signale Ps und PL bewirkt, daß PBS2 ein optisches Signal mit großer Intensität erzeugt, das PBS2 einer der optischen Fasern 82e und 82f zuführt, führt PBS2 der anderen der optischen Fasern 82e und 82f ein optisches Signal mit geringer Intensität zu. Das bedeutet, daß durch Verwendung der optischen Ausgabesignale von den optischen Fasern 82e und 82f ein abgeglichener Empfänger gebildet werden kann. Daher werden die optischen Ausgabesignale von den optischen Fasern 82e und 82f über die optischen Steckverbinder 85a und 85b und die optischen Fasern 82i und 82j den PIN-Fotodioden 841 und 842 im PIN-AMP-Baustein 84 zugeführt. Die elektrischen Signale von den Fotodioden 841 und 842 werden kombiniert und durch den Verstärker 843 verstärkt, um im Verzögerungsdektor 86 erfaßt zu werden. Die optischen Fasern 82e, 82f, 82i und 82j sind für die Kopplung von PBS2 und den PIN-Fotodioden 841 und 842 erforderlich.
Die optischen Ausgabesignale von den optischen Fasern 82g und 82h werden im PIN-AMP-Baustein 85 verarbeitet, um im Verzögerungsdetektor 87 erfaßt zu werden, wobei sie in gleicher Weise wie beim PIN-AMP-Baustein 84 über die optischen Steckverbinder 85c und 85d und die optischen Fasern 82k und 82l geleitet werden. Die optischen Fasern 82g, 82h, 82k und 82l sind für die Kopplung von PBS3 und der PIN-Fotodioden 851 und 852 erforderlich. Eine Addiereinrichtung 88 kombiniert die beiden erfaßten Signale von den Verzögerungsdetektoren 86 und 87, um Ausgabesignale zu erzeugen, die von der Polarisation des optischen Eingabesignals Ps unabhängig sind.
Die in Fig. 7 und 8 gezeigten Einrichtungen verwenden viele optische Fasern, die gegenüber Temperaturänderungen instabil sind. Weiterhin sind äußerst genaue Einstellungen der optischen Achsen der optischen Fasern für das Verbinden der optischen Fasern erforderlich. Trotzdem ist eine Vergrößerung des Kopplungsverlustes auf Grund der Faserkopplung unvermeidbar. Darüberhinaus muß in der in Fig.7 gezeigten Einrichtung die optische Längendifferenz zwischen den optischen Fasern 72f und 72g innerhalb 1 mm liegen. Auch die optische Längendifferenz zwischen den optischen Fasern 72h und 72i muß sich innerhalb von 1 mm bewegen. In der in Fig. 8 gezeigten Einrichtung muß die Differenz zwischen der optischen Länge von der Polarisationsstrahltrenneinrichtung PBS2 zur Fotodiode 841 und der optischen Länge von der Polarisationstrenneinrichtung PBS2 zur Fotodiode 842 innerhalb von 1 mm liegen. Auch die Differenz zwischen der optischen Länge von der Polarisationstrenneinrichtung PBS3 zur Fotodiode 851 und der optischen Länge von der Trenneinrichtung PBS3 zur Fotodiode 852 muß innerhalb von 1 mm liegen. Daher sind bei den bekannten Einrichtungen die Einstellungen der optischen Achsen und der optischen Längen mühsam. Das beeinträchtigt die Zuverlässigkeit. Weiterhin ist es schwierig, die Einrichtung kompakt zu gestalten, weil die optischen Fasern wegen ihres Materials nicht scharf gebogen werden können.
Eine weitere optische Mischeinrichtung wird in der veröffentlichten Europapatentanmeldung Nr. EPO-A3-0 251 062 beschrieben. Hier wird ein empfangenes Signal einzeln für sich einer Polarisationstrennung in einem Polarisationstrennelement unterworfen, um es in ein empfangenes S-polarisiertes Wellensignal und in ein empfangenes P-polarisiertes Wellensignal zu trennen. Gleichzeitig wird das örtliche optische Schwingungssignal S1 zuerst einzeln für sich einer Polarisationstrennung in einem anderen Polarisationstrennelement unterzogen, um es in ein örtliches S-polarisiertes Wellensignal und ein örtliches P-polarisiertes Wellensignal zu trennen, wobei die Intensität für jede Polarisation gleich ist. Danach werden die oben genannten Signale im Mischteil, d.h. in einer Fotomischeinrichtung, miteinander gemischt. so daß vier getrennte und gemischte optische Signale erzeugt und auf die jeweiligen Empfangselemente projiziert werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit einer optischen Mischeinrichtung zu verbessern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Einstellung einer optischen Mischeinrichtung zu vereinfachen.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Mischeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die leicht zu verwenden ist.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Mischen eines ersten optischen Eingabesignals und eines zweiten optischen Eingabesignals zur Verfügung, mit Polarisationstrenneinrichtungen zum Trennen des ersten und des zweiten optischen Eingabesignals in polarisierte optische Signale mit unterschiedlichen Polarisationsebenen; Mischeinrichtungen, die so angeordnet sind, daß sie die polarisierten optischen Signale von den Polarisationstrenneinrichtungen an einer Position erhalten, wo sich die polarisierten optischen Signale entsprechend den ersten und zweiten optischen Eingabesignalen schneiden, zum Teilen jedes der polarisierten optischen Signale in zwei geteilte optische Signale, die entlang sich spitzwinklig schneidender Wege übertragen werden sollen, so daß eine erstes geteiltes optisches Signal in derselben Richtung wie ein erstes geteiltes optisches Signal eines zweiten polariserten optischen Signals übertragen wird und ein zweites geteiltes optisches Signal des ersten polarisierten optischen Signals in derselben Richtung wie ein zweites geteiltes optisches Signal des zweiten polarisierten optischen Signals übertragen wird, wodurch die geteilten optischen Signale entsprechend dem ersten und dem zweiten optischen Eingabesignal gemischt werden, um gemischte optische Signale zu erzeugen; eine Einzellinse zum Fokussieren von wenigstens zwei der gemischten optischen Signale; und Fotodetektoreinrichtungen, die aus einem Paar von Fotodetektoren zum Erfassen der von der Einzellinse fokussierten gemischten optischen Signale bestehen.
Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser zu verstehen. Darin zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer optischen Mischeinrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Beugungsgitter, das in der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung verwendet wird, zur Funktionserläuterung der vorliegenden Vorrichtung;
Fig. 3 eine Detektoranordnung in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 4 ein anderes Beugungsgitter, das in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verwendet wird;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer optischen Mischeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig.6 eine schematische Anordnung einer optischen Mischeinrichtung gemäß einer noch anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer bekannten optischen Mischeinrichtung; und
Fig.8 ein Blockschaltbild eines bekannten Mehrfach-Polarisationsempfängers.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen für gleiche Bauelemente verwendet und daher werden ausführliche Beschreibungen dieser Bauelemente nicht wiederholt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, schließt eine optische Mischvorrichtung eine Polarisationsstrahltrenneinrichtung 10 als Polarisationstrennmittel ein. Die Polarisationsstrahltrenneinrichtung 10 wird durch Aufeinanderlegen eines ersten und zweiten Prismas 101 und 102 auf einem dielektrischen mehrlagigen dünnen Film 103 gebildet. Ein optisches Eingabesignal Ps, das von einer Signalquelle (nicht gezeigt) übertragen wird, wird in das erste Prisma 101 über eine optische Faser 11 und eine Linse 12 eingeleitet, um ein Parallelstrahlungsbündel zu erzeugen. Eine örtliche optische Schwingungssignalquelle 13, die aus einem Halbleiterlaser usw. bestehen kann, erzeugt ein örtliches optisches Schwingungssignal Pl zur Einleitung über eine Linse 14 in ein erstes Prisma 101 zur Erzeugung eines Parallelstrahlungsbündels. Das optische Signal Pl kann ein linear polarisiertes optisches Signal oder ein zirkular polarisiertes optisches Signal sein. Das erste Prisma 101 nimmt die optischen Signale Ps und Pl bei verschiedenen Einfallswinkeln auf. Jedes der optischen Signale Ps und Pl ist in zwei polarisierte optische Signale getrennt, die durch Wirkung der Polarisationsstrahltrenneinrichtung 10 im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete Polarisationsebenen haben. Die Quelle 13 und die Linse 14 sind so angeordnet, daß die beiden polarisierten optischen Signale von Pl die gleiche Intensität aufweisen. Ein polarisiertes optisches Signal von jedem der optischen Signale Ps und Pl wird durch den dielektrischen mehrlagigen dünnen Film 103 reflektiert, um einem Übertragungs-Beugungsgitter 15 zugeführt zu werden. Das andere polarisierte optische Signal wird durch den dielektrischen mehrlagigen dünnen Film 103 übertragen, um einem Übertragungs-Beugungsgitter 16 zugeführt zu werden. Die Beugungsgittere 15 und 16 sind an Positionen angeordnet, an denen sich jedes der Paare der beiden optischen Signale von der Polarisationsstrahltrenneinrichtung 10 schneidet.
Das Beugungsgitter 15 beugt jedes reflektierte optische Signal von der Polarisationsstrahltrenneinrichtung 10, um jedes Signal in ein optisches Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums und in ein gebeugtes optisches Signal mit gleichen optischen Intensitäten zu teilen. Im Ergebnis dessen wird das optische Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums, das einem der optischen Signale Ps und Pl entspricht, mit dem optischen Signal gemischt, das dem anderen der optischen Signale Ps und Pl entspricht. Auch das Beugungsgitter 16 beugt jedes übertragene optische Signal von der Polarisationsstrahltrenneinrichtung 10, um jedes Signal in ein optisches Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums und in ein optisches Signal mit gleichen optischen Intensitäten zu teilen. Das optische Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums, das einem der optischen Signale Ps und Pl entspricht, wird mit dem optischen Signal gemischt, das dem anderen der optischen Signale Ps und Pl entspricht. Die gemischten optischen Signale von den Beugungsgittern 15 und 16 werden durch die Linsen 17 und 18 auf den ersten bzw. den zweiten optischen Detektormodul 19 und 20 fokussiert. Die Detektormodule 19 und 20 schließen ein Paar von Detektoren 191 und 192 bzw. 201 und 202 ein, um ein abgeglichenes Empfängersystem zu bilden.
Bei den Übertragungs-Beugungsgittern 15 und 16, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, wird ein optisches Eingabesignal Ps gebeugt, um in ein optisches Signal Psa mit einer Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums und ein gebeugtes optisches Signal Psb geteilt zu werden. Weiterhin wird ein optisches Signal, das dem örtlichen optischen Schwingungssignal Pl entspricht gebeugt, um in ein optisches Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums Pla und ein gebeugtes optisches Signal Plb geteilt zu werden. Somit breiten sich das optische Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums Psa und das gebeugte optische Signal Plb in der gleichen Richtung aus, um ein gemischtes optisches Signal Mb zu bilden. Das gebeugte optische Signal Psb und das optische Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums Pla breiten sich in der gleichen Richtung mit einem Winkel R zur Richtung des gemischten optischen Signals Mb aus, um ein gemischtes optisches Signal Ma zu bilden. Die Übertragungs-Beugungsgitter 15 und 16 sind so aufgebaut, daß sie dem folgenden Ausdruck entsprechen:
A = mk/{2sin(R/2)}
worin A die Teilung der Beugungsgitter 15 und 16 ist, R den Winkel zwischen dem optischen Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums Psa oder Pla und dem gebeugten optischen Signal Psb oder Plb darstellt, k die Wellenlänge des optischen Signals und in die Beugungsordnung ist. Wenn der Winkel R als ein kleiner Wert definiert ist, sind die Beugungsgitter 15 und 16 leicht herzustellen, da ein großer Wert der Teilung A gewählt werden kann.
In der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung können das optische Eingabesignal Ps und das örtliche optische Schwingungssignal Pl mit einer hohen Genauigkeit ohne optische Kopplung durch optische Fasern gemischt werden. Auch die Polarisationsebenen der von den Signalen Ps und Pl abgeleiteten Komponenten der optischen Signale stimmen immer ohne eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Polarisationsebene mit jedem der gemischten optischen Signale von den Beugungsgittern 15 und 16 überein. Die Polarisationsebene des optischen Schwingungssignals Pl ist so eingestellt, daß sie in zwei polarisierte optische Signale mit im wesentlichen gleichen optischen Intensitäten mittels der Polarisationsstrahltrenneinrichtung 10 geteilt werden kann. Die Handhabung der Vorrichtung, einschließlich aller Einstellungen, ist vereinfacht, weil ein Einstellungsfehler der Polarisationsebene bis zu etwa 10 Grad zulässig ist.
Weiterhin erzeugen die Beugungsgitter 15 und 16 gemischte optische Signale in zwei Richtungen mit einem spitzen Kreuzungswinkel. Daher können die gemischten optischen Signale vom Beugungsgitter 15 oder 16 durch eine Linse 17 bzw. 18 auf den optischen Detektormodul 19 oder 20 fokussiert werden. Ein Paar von Detektoren 191 und 192 oder 201 und 202, jedes als Doppeldetektorpaar bezeichnet, schließt die in Reihe geschalteten Fotodetektoren 31 und 32 ein, wie in Fig. 3 gezeigt ist, um elektrische Ausgabesignale entsprechend den gemischten optischen Signalen am Anschluß 33 zu erzeugen. Die Fotodetektoren 31 und 32 können mit einem Abstand L von weniger als 1 mm voneinander angeordnet sein. Somit kann ein Paar von Detektoren 191 und 192 oder 201 und 202 auf einem Halbleiterchip gebildet werden, um die Konstruktion zu vereinfachen und um sie für ein optisches Hochgeschwindigkeits- Kommunikationssystem geeignet zu machen. Das Mischen der optischen Signale ist gegenüber Temperaturschwankungen stabilisiert, weil keine optische Faser verwendet wird. Auch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung wird wegen der Verringerung der Anzahl der optischen Kopplungen verbessert. Darüberhinaus wird ohne jegliche Spezialeinstellungen ein Paar von gemischten optischen Signalen vom Beugungsgitter 15 oder 16 den optischen Detektoren 191 und 192 bzw. 201 und 202 über die gleiche optische Länge zugeführt. Jedes der Beugungsgitter 15 und 16 kann durch ein Bragg-Beugungsgitter 41 ersetzt werden, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, das Bereiche mit einem hohen und einem geringen Brechungsindex aufweist, die in der Dicke d reziprok gebildet sind. Beim Beugungsgitter 41, bei dem die Beugung der optischen Signale auf eine spezifizierte Ordnung konzentriert werden kann, werden das optische Signal mit der Ordnungszahl 0 des Beugungsspektrums Psa oder Pla und das gebeugte optische Signal mit der Ordnungszahl 1 des Beugungsspektrums effektiv erhalten.
Fig.5 zeigt eine optische Mischvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung schließt eine optische Polarisationsstrahltrenneinrichtung 51 mit einem Wollaston- oder einem Rochon-Prisma ein, wobei beide Paare der polarisierten optischen Signale entsprechend den optischen Signalen Ps und Pl von der gleichen Fläche des Prismas erhalten werden. Wiederum haben die beiden polarisierten optischen Signale, die von Pl abgeleitet sind, die gleiche Größe. Die Übertragungs-Beugungsgitter 52 und 53 sind an Positionen angeordnet, an denen sich zwei polarisierte optische Signale, die den optischen Signalen Ps und Pl von der optischen Polarisationsstrahltrenneinrichtung 51 entsprechen, schneiden. Eine Linse 54 ist ebenfalls angeordnet, um die optischen Ausgabesignale von den Beugungsgittern 52 und 53 auf einen optischen Detektormodul 55 zu fokussieren, der vier Detektoren 551 bis 554 aufweist. Die optische Polarisationsstrahltrenneinrichtung 51 kann jedes der optischen Signale Ps und Pl in zwei polarisierte optische Signale mit unterschiedlichen Polarisationsebenen trennen, damit sie sich von der gleichen Fläche in zwei Richtungen mit einem spitzen Kreuzungswinkel ausbreiten. Daher können die Beugungsgitter 52 und 53 dicht zusammen angeordnet oder zusammen gebildet werden, um optische Ausgabesignale zu einer Linse 54 zu liefern. Weiterhin kann der Detektormodul 55 auf einem Halbleiterchip gebildet werden, weil die vier Detektoren 551 bis 554 dicht beieinander angeordnet werden können. Daher ist die Vorrichtung von Fig. 5 kompakter als die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung.
Fig. 6 zeigt eine noch andere Ausführung der vorliegenden Erfindung. Ein optisches Eingabesignal Ps wird über eine optische Faser 611 und eine Linse 621 einer ersten Polarisationsstrahltrenneinrichtung 63 zugeführt, um ein Parallelstrahlungsbündel zu erzeugen. Die Strahltrenneinrichtung 63 weist eine Polarisationstrennebene 631 auf, die durch einen dielektrischen mehrlagigen dünnen Film gebildet werden kann. Ein örtliches optisches Schwingungssignal Pl wird ebenfalls über eine optische Faser 612 und eine Linse 622 der ersten Polarisationsstrahltrenneinrichtung 63 zugeführt, um ein Parallelstrahlungsbündel zu erzeugen. Die erste Polarisationsstrahltrenneinrichtung 63 trennt jedes der optischen Signale Ps und Pl in zwei polarisierte optische Signale mit im wesentlichen senkrecht zueinander angeordneten Polarisationsebenen. Die Positionen der Linsen 621 und 622 sind so gewählt, daß die optischen Signale Ps und Pl sich in der gleichen Position auf einer Polarisationstrennebene 631 kreuzen können. Die Polarisationsebene des örtlichen optischen Schwingungssignals Pl ist so eingestellt, daß das linear polarisierte optische Signal Q1 sich durch die Linse 622 mit ihrer um 45º geneigten Polarisationsebene zu der Polarisationsebene des polarisierten optischen Signals ausbreiten würde, das in der ersten Polarisationstrenneinrichtung 63 getrennt wird. Entsprechend dieser Einstellung wird das örtliche optische Schwingungssignal Pl durch die erste Polarisationstrenneinrichtung 63 in zwei polarisierte optische Signale Ql1 und Ql2 getrennt, die im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete Polarisationsebenen mit gleichen optischen Intensitäten haben. Ein linear polarisiertes optisches Signal Qs2 des optischen Eingabesignals Ps wird über die Polarisationstrennebene 631 übertragen. Das andere linear polarisierte optische Signal Qs1 des optischen Eingabesignals Ps wird durch die Polarisationsebene 631 reflektiert. Wenn das optische Signal Pl ein zirkular polarisiertes optisches Signal ist, ist die Einstellung der Polarisationsebene des optischen Signals Pl nicht erforderlich.
Jedes Paar der polarisierten optischen Signale Qs1, Ql1 und Qs2, Ql2, die den optischen Signalen Ps und Pl entsprechen und im wesentlich senkrecht zueinander angeordnete Polarisationsebenen aufweisen, wird gemischt, um in jede zweite und dritte Polarisationstrenneinrichtung 641 bzw. 642 eingeführt zu werden. Die Trenneinrichtungen 641 und 642 sind so gestaltet, daß jedes eingeführte optische Signal in zwei polarisierte optische Signale mit einem Trennwinkel von wenigen Grad bis zu 60 Grad geteilt wird. Jede der Trenneinrichtungen 641 und 642 ist so angeordnet, daß ein Winkel zwischen den Polarisationsebenen der optischen Ausgabesignale von der Trenneinrichtung 63 und jeder der Trenneinrichtungen 641 und 642 im wesentlichen 45 Grad beträgt. Daher wird jedes der polarisierten optischen Signale Qs1, Qs2, Ql1 und Ql2 von der Trenneinrichtung 63 durch die Trenneinrichtungen 641 und 642 in zwei polarisierte optische Signale mit gleichen optischen Intensitäten geteilt. Darüberhinaus wird in der Trenneinrichtung 641 jedes Signal der beiden vom Signal Qs1 abgeleiteten polarisierten optischen Signale mit einem Signal gemischt, das vom Signal Ql1 abgeleitet ist und die gleiche Polarisationsebene besitzt. Die Trenneinrichtung 642 mischt ebenfalls von den Signalen Qs2 und Ql2 abgeleitete polarisierte optische Signale in der gleichen Weise wie die Trenneinrichtung 641. Jedes der beiden gemischten optischen Signale (M1,M2) und (M3,M4) von den Trenneinrichtungen 641 und 642 wird durch jede der Linsen 651 und 652 auf jeden der optischen Detektormodule 66 und 67 fokussiert. Der Modul 66 oder 67 schließt ein Paar von optischen Detektoren 661 und 662 oder 671 und 672 ein, die so gestaltet sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung weist wenige Abschnitte auf, die durch optische Fasern gekoppelt sind. Die gemischten optischen Signale M1, M2, M3 und M4 von den Trenneinrichtungen 641 und 642 werden über die Linsen 651 und 652 ohne spezielle Einstellung für die Anpassung der optischen Längen den optischen Detektoren 661, 662, 671 und 672 zugeführt. Die Trenneinrichtungen 641 und 642 können ein Wollaston-Prisma oder ein Rochon-Prisma enthalten, das durch ein Rutil-Kristall (TiO&sub2;) gebildet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine kompakte optische Mischvorrichtung mit einer verbesserten Zuverlässigkeit und einem geringen optischen Kopplungsverlust zur Verfügung zu stellen, die wegen ihrer wenigen, optische Fasern verwendenden, optischen Kopplungsabschnitte einfach eingestellt und zusammengesetzt werden kann. Daher ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, eine verbesserte optische Mischvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die für ein abgeglichenes Mehrfach-Polarisationssystem verwendbar ist, das z.B. für ein kohärentes optisches Kommunikationssystem anwendbar ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Mischen eines ersten optischen Eingabesignals (Ps) und eines zweiten optischen Eingabesignals (Pl), mit

einer Polarisationstrenneinrichtung (10, 51) zum Trennen des ersten und des zweiten optischen Eingabesignals (Ps, Pl) jeweils in polarisierte optische Signale mit unterschiedlichen Polarisatiansebenen, gekennzeichnet durch

eine Mischeinrichtung (15, 16, 41, 52, 53), die so angeordnet ist, daß sie die polarisierten optischen Signale von der Polarisationstrenneinrichtung an einer Position erhält, wo sich die polarisierten optischen Signale entsprechend den ersten und zweiten optischen Eingabesignalen schneiden, zum Teilen jedes der polarisierten optischen Signale in zwei geteilte optische Signale, die entlang sich spitzwinklig schneidender Wege übertragen werden sollen, so daß ein erstes geteiltes optisches Signal in derselben Richtung wie ein erstes geteiltes optisches Signal eines zweiten polarisierten optischen Signals übertragen wird und ein zweites geteiltes optisches Signal des ersten polarisierten optischen Signals in derselben Richtung wie ein zweites geteiltes optisches Signal des zweiten polarisierten optischen Signals übertragen wird, wodurch die geteilten optischen Signale entsprechend dem ersten und dem zweiten optischen Eingabesignal (Ps, Pl) gemischt werden, um gemischte optische Signale zu erzeugen;

eine Einzellinse (17, 18, 54) zum Fokussieren von wenigstens zwei der gemischten optischen Signale; und

eine Fotodetektoreinrichtung (19, 20, 55), die aus einem Paar von Fotodetektoren (191, 192, 201, 202, 551, 552, 554) besteht, zum Erfassen der von der Einzellinse (17, 18, 54) fokussierten gemischten optischen Signale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationstrenneinrichtung (10) aufweist:

ein erstes Prisma (101), das die ersten und zweiten optischen Eingabesignale (Ps, Pl) unter verschiedenen Einfallswinkeln empfängt; und

ein zweites Prisma (102), das mit dem ersten Prisma (101) durch einen dielektrischen mehrlagigen dünnen Film (103) verbunden ist, wobei das zweite Prisma (102) ein polarisiertes optisches Signal mit einer Polarisationsebene durchläßt und ein polarisiertes optisches Signal mit einer anderen Polarisationsebene reflektiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationstrenneinrichtung (10) Einrichtungen (101, 102, 103) zum Teilen sowohl des ersten als auch des zweiten optischen Eingabesignals (Ps, Pl) in die polarisierten optischen Signale mit im wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (15, 16, 52, 53) eine Beugungseinrichtung aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungseinrichtung ein Beugungsgitter mit einer ausgewählten Teilung (A) aufweist, wo die optischen Signale entlang der Wege ausgebreitet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Übertragungseinrichtung (13) eine Einrichtung zum Erzeugen des zweiten optischen Signals aufweist, wobei die Polarisationsebene so eingestellt wird, daß die beiden polarisierten optischen Signale entsprechend dem zweiten Eingabesignal (Pl) durch die Polarisationstrenneinrichtung (10, 51) mit im wesentlichen denselben optischen Intensitäten geteilt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung (17, 18, 54) Linsenmittel zum Fokussieren der geteilten optischen Signale aufweist, die entlang der Wege von den Mischeinrichtungen (15, 16, 52, 53) übertragen werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (41) Mittel zum Konzentrieren von Beugung der polarisierten optischen Signale von der Trenneinrichtung (10, 51) in eine bestimmte Beugungsordnung aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (10) eine Prismaeinrichtung (101, 102) zum Erzeugen des polarisierten optischen Signals mit verschiedenen Polarisationsebenen in derselben Fläche der Prismaeinrichtung (101, 102) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung (54) Einzellinsenmittel zum Fokussieren aller gemischten optischen Signale von der Mischeinrichtung (52, 53) aufweist.

11. Vorrichtung zur Signalmischung eines ersten optischen Eingabesignals (Ps) und eines zweiten optischen Eingabesignals (Pl), mit ersten Übertragungseinrichtungen (611, 621) zum Übertragen des ersten optischen Eingabesignals (Ps);

zweiten Übertragungseinrichtungen (612, 622) zum Übertragen des zweiten optischen Eingabesignals (Pl); und

einer Trenneinrichtung (63), die mit den ersten und den zweiten Übertragungseinrichtungen (611, 621, 612, 622) zum Trennen des ersten optischen Eingabesignals (Ps) in erste und zweite polarisierte optische Signale (Qs1, Qs2) mit im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehenden Polarisationsebenen und auch zum Trennen des zweiten optischen Eingabesignals (Pl) in dritte und vierte polarisierte optische Signale (Ql1, Ql2) mit im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehenden Polarisationsebenen gekoppelt ist, wobei die Polarisationsebene des dritten polarisierten optischen Signals (Ql1) senkrecht zu der Polarisationsebene des ersten polarisierten optischen Signals (Qs1) ist und die Polarisationsebene des vierten polarisierten optischen Signals (Ql2) senkrecht zur Polarisationsebene des zweiten polarisierten optischen Signals (Qs2) ist, gekennzeichnet durch:

eine erste Mischeinrichtung (641), die mit dem ersten und dem dritten polarisierten optischen Signal (Qs1, Ql1) gekoppelt ist, zum Teilen des ersten und des dritten polarisierten optischen Signals (Qs1, Ql1) in jeweils zwei geteilte optische Signale mit im wesentlichen senkrecht zueinanderstehenden Polarisationsebenen, die entlang sich spitzwinklig schneidender Wege übertragen werden sollen, so daß ein erstes geteiltes optisches Signal des ersten polarisierten optischen Signals in derselben Richtung wie ein erstes geteiltes optisches Signal des dritten polarsterten optischen Signals übertragen wird und ein zweites geteiltes optisches Signal des ersten polarisierten optischen Signals in derselben Richtung wie ein zweites geteiltes optisches Signal des dritten polarisierten optischen Signals übertragen wird, wodurch die geteilten optischen Signale gemischt werden, die im wesentlichen dieselbe Polarisationsebene haben, entsprechend dem ersten und dem zweiten optischen Eingabesignal, um erste und zweite gemischte optische Signale (M1, M2) zu erzeugen;

eine zweite Mischeinrichtung (642), die mit dem zweiten und dem vierten polarisierten optischen Signal (Qs2, Ql2) gekoppelt ist, zum Teilen des zweiten und des vierten polarisierten optischen Signals (Qs2, Ql1) in jeweils zwei geteilte optische Signale mit im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehenden Polarisationsebenen, die entlang sich spitzwinklig schneidender Wege übertragen werden sollen, so daß ein erstes geteiltes optisches Signal des zweiten polarisierten optischen Signals in derselben Richtung wie ein erstes geteiltes optisches Signal des vierten polarisierten optischen Signals übertragen wird und ein zweites geteiltes optisches Signal des zweiten polarisierten optischen Signals in derselben Richtung wie ein zweites geteiltes optisches Signal des vierten polarisierten optischen Signals übertragen wird, wodurch geteilte optische Signale gemischt werden, die im wesentlichen dieselbe Polarisationsebene haben, entsprechend dem ersten und dem zweiten optischen Eingabesignal, um dritte und vierte gemischte optische Signale (M3, M4) zu erzeugen;

eine erste Linse (651) zum Fokussieren sowohl des ersten als auch des zweiten gemischten optischen Signals (M1, M2) von der ersten Mischeinrichtung (641);

eine zweite Linse (652) zum Fokussieren sowohl des dritten als auch des vierten gemischten optischen Signals (M3, M4) von der zweiten Mischeinrichtung (642);

eine erste Doppel-Fotodetektoreinrichtung (66) mit einem Paar von Fotodedektoren (661, 662), die auf einem Halbleiterchip innerhalb von 1 mm zueinander angeordnet sind, zum Erfassen der gemischten optischen Signale (M1, M2) von der ersten Linse (651); und

ene zweite Doppel-Fotodetektoreinrichtung (67) mit einem Paar von Fotodetektoren (671, 672), die auf einem Halbleiterchip innerhalb von 1 mm zueinander angeordnet sind, zum Erfassen der gemischten optischen Signale (M3, M4) von der zweiten Linse (652).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Übertragungseinrichtung (611, 621, 612, 622) eine Einrichtung zum Erzeugen des zweiten optischen Eingabesignals aufweist, wobei dessen Polarisationsebene so eingestellt wird, daß das dritte und das vierte polarisierte optische Signal von der Trenneinrichtung (63) mit im wesentlichen denselben optischen Intensitäten geteilt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Mischeinrichtung (641, 642) jeweils Mittel zum Erzeugen der geteilten optischen Signale entlang von Wegen aufweisen, die sich unter einem Winkel von weniger als 60º schneiden.